1 重庆邮电大学通信与信息工程学院,重庆 400065
2 重庆理工大学光纤传感与光电检测重庆市重点实验室,重庆 400054
提出一种反射式微纳光纤耦合器传感膜片,以实现高精度、连续和无创血压监测。该传感膜片由反射式微纳光纤耦合器、聚二甲基硅氧烷薄膜和环氧树脂基底组成,具有很高的压力灵敏度(-0.682 kPa-1),且无需精确空间对准即可实现脉搏波检测;然后,构建双通道脉搏波检测系统,以获得肱动脉传导时间、桡动脉传导时间以及桡动脉和肱动脉之间的传导时间差值;基于上述参量,利用支持向量回归算法建立血压预测模型。实验结果表明,所提系统的收缩压平均偏差和标准偏差分别为0.08 mmHg和1.13 mmHg,舒张压的平均偏差和标准偏差分别为-0.35 mmHg和1.25 mmHg,符合美国医学仪器促进协会的标准,与其他类型的传感器相比,所提系统的准确度有明显提高。使用该系统监测一天内以及运动时的血压波动,结果表明该系统在连续精准测量血压方面具有可行性及很大的应用潜力。
传感器 血压监测 微纳光纤耦合器 人体脉搏波 支持向量回归
1 重庆邮电大学工业物联网与网络化教育部重点实验室,重庆 400065
2 重庆邮电大学通信与信息工程学院,重庆 400065
针对脉搏波信号采集过程中存在噪声的问题,提出了基于改进互补集成经验模态分解的脉搏波去噪算法。利用光纤布拉格光栅传感器获取脉搏波信号,首先在互补集成经验模态分解算法中加入高斯白噪声,然后利用粒子群算法优化高斯白噪声幅值,以此来消除互补集成经验模态算法分解产生的模态混叠现象,并联合小波阈值函数对其处理后的脉搏波信号进行重构。实验结果表明,所提算法能够有效降低脉搏波信号中的噪声干扰,在信噪比、均方误差两个指标上均优于对比算法,为提取脉搏波的时域特征奠定了基础。
光纤布拉格光栅 脉搏波 信号去噪 互补集成经验模态分解 粒子群优化算法 小波阈值
1 上海理工大学,上海市介入医疗器械工程研究中心,上海 200093
2 上海理工大学机械工程学院,上海 200093
基于图像的非接触式获取脉搏波的方法具有重要的临床实用价值。在正常情况下,人体颈动脉的搏动会引起颈部皮肤肉眼可见的微小振动,通过振动图像的获取及信号处理可以得到脉搏波。然而,临床中部分患者存在颈动脉搏动较为微弱的情况,此时需要有针对性的图像和信号处理方法。本课题组提出了在弱脉搏情况下获取脉搏波的方法,即:在近红外光源的照明环境中,用近红外相机连续拍摄颈部皮肤得到其振动的图像序列;然后从图像序列的感兴趣区域内得到原始信号,再用滤波和多区域主频增强方法对信号进行处理,最终得到期望的脉搏波信号。实验结果表明,所提方法获得的脉搏波周期状态稳定,并且保留了70%左右的潮波特征和50%以上的重搏波特征。本文所提方法可以在人体颈部微弱振动状态下获得保留细节的完整的脉搏波信号。
医用光学 颈动脉 弱脉搏 脉搏波 多区域主频增强
上海理工大学 上海市介入医疗器械工程研究中心, 上海 200093
脉搏波是表征人体生理状况的重要指标, 基于成像式的非接触式脉搏波检测技术在医疗健康领域具有重要的研究意义。鉴于目前非接触式获取脉搏波的方法存在波形细节丢失的缺点, 提出一种利用近红外光源照明, 多帧连续照相颈动脉搏动来获取脉搏波信号的方法。实验中, 在波长为850nm的光源照明环境下, 由工业级近红外相机远距离拍摄颈动脉搏动引起的表皮振动。选取感兴趣区域后提取到原始脉搏波信号, 进而利用极大重叠离散小波变化对信号进行滤波处理, 最终得到保留细节特征的脉搏波。对不同受试者的测量结果显示, 方法获得的波形可以观察到主波、潮波及重搏波等特征, 对于非接触式获取脉搏波具有重要的参考价值。
近红外 非接触 脉搏波 极大重叠离散小波变换 特征点 near-infrared non-contact pulse wave maximal overlapping discrete wavelet transform feature points
1 安徽省高校电力电子与运动控制重点实验室(安徽工业大学),安徽 马鞍山 243000
2 安徽工业大学 电气与信息工程学院,安徽 马鞍山 243000
3 山东华宁矿业集团有限公司,山东 泰安 271400
针对强电磁干扰环境下,压电、光电类脉搏波传感器易受干扰的缺点,提出一种柔性材料封装的光纤布拉格光栅脉搏波传感器,用于测量人体桡动脉脉搏信号。首先使用comsol有限元仿真软件,探究最优的封装厚度和光纤在基材中的位置。根据仿真结果,结合应变传递效果和传感器的灵活性,优化选择传感器厚度为5 mm,光纤封装在距离基体下表面1 mm处。以此制作了柔性光纤布拉格光栅脉搏波传感器,对十名测试者的人体桡动脉脉搏进行采集,采用改进的阈值小波方法去噪,去噪后的信号能很好的保留脉搏波信号的特征点,信噪比均达到了40以上,且峰值点、潮波点和重搏波点识别率分别达到100%,100%和90%。本文设计的柔性基体FBG脉搏波传感器能有效获取及识别脉搏波信号,为进一步的应用提供了理论基础及应用支撑。
光纤布拉格光栅 应变传递 脉搏波 小波去噪 Fibre Bragg grating Strain transfer Pulse wave Wavelet denoising 光子学报
2021, 50(12): 1206002
上海理工大学 医疗器械与食品学院, 上海 200093
脉搏是反映人体生理健康状况的重要生理现象,心率作为重要的人体健康参数,临床上与许多疾病有着密切的关系。人体手指末端含有丰富的小动脉和丰富的生理信息,结合在临床医学应用中发展很快的光电检测技术,提取出指尖脉搏波信息,然后通过一系列优化算法从指尖脉搏波信息中获得较为准确的心率值。
光电检测 透射 脉搏波 心率 photoelectric detection transmit pulse wave heart rate
1 天津工业大学电子与信息工程学院, 天津 300387
2 天津市光电检测技术与系统重点实验室, 天津 300387
提出了一种基于微结构法布里-珀罗干涉仪(MS-FPI)的光纤光栅(FBG)脉搏波解调方法。所提出的MS-FPI由单模光纤和光子晶体光纤(PCF)熔接而成, 通过特殊的工艺在熔接端面形成微气泡构成布里-珀罗(F-P)腔, 其尺寸约为48 μm。该MS-FPI经再涂覆后具有较好的机械强度, 可作为纱线织入织物。其干涉谱在弯曲直径4 cm范围内, 基本保持不变, 且具有极低的温度灵敏度, 适合作为解调滤波器。对该波长解调方法进行理论分析和实验研究,结果表明,所设计的解调系统在FBG脉搏波范围内可实现线性解调, 具有较好的测量重复性, 解调灵敏度约为43 mV/pm; 所解调出的脉搏波与商用解调仪的结果一致, 通过与光电容积脉搏波的对比, 证明了所设计系统解调脉搏波的正确性。
测量 光纤传感 脉搏波解调 微结构法布里-珀罗干涉仪 光纤光栅 光纤传感织物 中国激光
2017, 44(10): 1004002